Скорость оптического излучения в свободном пространстве. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Скорость оптического излучения в свободном пространстве (вакууме) - скорость распространения большинства электромагнитных волн (в т. ч. оптического диапазона); одна из фундаментальных физических постоянных; представляет собой характеристичекую скорость распространения волн в космическом эфире (колебательные свойства среды).

Скорость оптического излучения в среде с' зависит от показателя преломления среды n, различного для разных частот v излучения (Дисперсия оптического излучения): . Эта зависимость приводит к отличию групповой скорости от фазовой скорости оптического излучения в среде, если речь идёт не о монохроматич. свете (для скорости оптического излучения в вакууме эти две величины совпадают). Экспериментально определяя с', всегда измеряют групповую скорость оптического излучения либо т. н. с к о р о с т ь сигнала, или скорость передачи энергии, только в нек-рых спец. случаях не равную групповой.

Впервые скорость оптического излучения определил в 1676 О. К. Рёмер (О. Ch. Roemer) по изменению промежутков времени между затмениями спутников Юпитера. В 1728 её установил Дж. Брадлей (J. Bradley), исходя из своих наблюдений аберрации оптического излучения звёзд. В 1849 А. И. Л. Физо (А. Н. L. Fizeau) первым измерил скорость оптического излучения по времени прохождения светом точно известного расстояния (базы); т. к. показатель преломления воздуха очень мало отличается от 1, то наземные измерения дают величину, весьма близкую к скорость оптического излучения в вакууме. В опыте Физо пучок оптического излучения от источника S (рис. 1), отражённый полупрозрачным зеркалом N, периодически прерывался вращающимся зубчатым диском W, проходил базу MN (ок. 8 км) н, отразившись от зеркала М, возвращался к диску. Попадая на зубец, свет не достигал наблюдателя, а попавший в промежуток между зубцами свет можно было наблюдать через окуляр Е. По известным скоростям вращения диска определялось время прохождения светом базы. Физо получил значение с = 313300 км/с В 1862 Ж. Б. Л. Фуко (J. В. L. Foucault) реализовал высказанную в 1838 идею Д. Араго (D. Arago), применив вместо зубчатого диска быстровращающееся (512 об/с) зеркало. Отражаясь от зеркала, пучок оптического излучения направлялся на базу и по возвращении вновь попадал на это же зеркало, успевшее повернуться на нек-рый малый угол (рис. 2). При базе всего в 20 м Фуко нашёл, что скорость оптического излучения равна 298000

500 км/с. Схемы и осн. идеи опытов Физо и Фуко были многократно использованы в последующих работах по определению скорости оптического излучения. Полученное А. Майкельсоном (A. Michelson) (см. Майкельсона опыт)в 1926 значение

км/с было тогда самым точным и вошло в интернац. таблицы физ. величин.

Рис. 1. Определение скорости оптического излучения методом Физо.

Рис. 2. Определение скорости оптического излучения методом вращающегося зеркала (методом Фуко): S - источник оптического излучения; R - быстровращающееся зеркало; С - неподвижное вогнутое зеркало, центр которого совпадает с осью вращения Я (поэтому свет, отражённый С, всегда попадает обратно на R); М-полупрозрачное зеркало; L - объектив; Е - окуляр; RС - точно измеренное расстояние (база). Пунктиром показаны положение R, изменившееся за время прохождения светом пути RС и обратно, и обратный ход пучка лучей через объектив L, который собирает отражённый пучок в точке S', а не вновь в точке S, как это было бы при неподвижном зеркале Л. Скорость оптического излучения устанавливают, измеряя смещение SS'.

Измерения скорости оптического излучения в XIX веке сыграли большую роль в физике, дополнительно подтвердив волновую теорию оптического излучения. Выполненное Фуко в 1850 сравнение скорости оптического излучения одной и той же частоты v в воздухе и воде показало, что скорость в воде

в соответствии с предсказанием волновой теории. Была также установлена связь оптики с теорией электромагнетизма: измеренная скорости оптического излучения совпала со скоростью эл--магн. волн, вычисленной из отношения эл--магн. и эл--статич. единиц электрич. заряда [опыты В. Вебера (W. Weber) и Ф. Кольрауша (F. Kohlrausch) в 1856 и последующие более точные измерения Дж. К. Максвелла (J. С. Maxwell)]. Это совпадение явилось одним из отправных пунктов при создании Максвеллом в 1864-73 эл--магн. теории оптического излучения.

В совр. измерениях скорости оптического излучения используется модернизиров. метод Физо (модуляц. метод) с заменой зубчатого колеса на эл--оптич., дифракц., интерференционный или к--л. иной модулятор оптического излучения, полностью прерывающий или ослабляющий световой пучок (см. Модуляция оптического излучения ).Приёмником излучения служит фотоэлемент пли фотоэлектронный умножитель .Применение лазера в качестве источника оптического излучения, УЗ-модулятора со стабилизиров. частотой и повышение точности измерения длины базы позволили снизить погрешности измерений и получить значение

км/с. Помимо прямых измерений скорости оптического излучения по времени прохождения известной базы, широко применяются косвенные методы, дающие большую точность. Так, с помощью микроволнового вакуумиров. резонатора [К. Фрум (К. Froome), 1958] при длине волны излучения

= 4 см получено значение

км/с. С ещё меньшей погрешностью определяется скорость оптического излучения как частное от деления независимо найденных

и v атомарных или молекулярных спектральных линий. К. Ивенсон (К. Evenson) и его сотрудники в 1972 по цезиевому стандарту частоты (см. Квантовые стандарты частоты)нашли с точностью до 11-го знака частоту излучения СН₄-лазера, а по криптоновому стандарту частоты - его длину волны (ок. 3,39 мкм) и получили

± 0,8 м/с. Решением Генеральной ассамблеи Международного комитета по численным данным для науки и техники - КОДАТА (1973), проанализировавшей все имеющиеся данные, их достоверность и погрешность, скорость оптического излучения в вакууме принято считать равной 299792458 ±1,2 м/с.

Как можно более точное измерение величины с чрезвычайно важно не только в общетеоретич. плане и для определения значении др. физ. величин, но и для практич. целей. К ним, в частности, относится определение расстояний по времени прохождения радио-или световых сигналов в радиолокации, оптической локации, светодальнометрии, в системах слежения ИСЗ и др.

Литература по скорости оптического излучения

Знаете ли Вы, что, когда некоторые исследователи, пытающиеся примирить релятивизм и эфирную физику, говорят, например, о том, что космос состоит на 70% из "физического вакуума", а на 30% - из вещества и поля, то они впадают в фундаментальное логическое противоречие. Это противоречие заключается в следующем.

Вещество и поле не есть что-то отдельное от эфира, также как и человеческое тело не есть что-то отдельное от атомов и молекул его составляющих. Оно и есть эти атомы и молекулы, собранные в определенном порядке. Также и вещество не есть что-то отдельное от элементарных частиц, а оно состоит из них как базовой материи. Также и элементарные частицы состоят из частиц эфира как базовой материи нижнего уровня. Таким образом, всё, что есть во вселенной - это есть эфир. Эфира 100%. Из него состоят элементарные частицы, а из них всё остальное. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.